(57)【要約】【課題】  高品質な孔を形成できるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供すること。【解決手段】  波長が異なる複数のレーザ光５０，５１の同一光軸上に任意の波長板３１を配置し、当該波長板３１を回転させることにより、被加工物４０に照射される複数のレーザ光５０，５１の偏向方向を回転させた。  複数のレーザ光５０，５１を用いて被加工物４０に孔加工を行う際に、被加工物４０に照射されるレーザ光５０，５１の偏向の方向性を無くすことができるので、簡素な装置構成でありながらも、裏面側においても真円度の高い円孔のような高品質な孔を形成することができる。【選択図】        図１
2005088035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が異なる複数のレーザ光を被加工物に照射して孔加工を行うレーザ加工方法であって、
複数の前記レーザ光の同一光軸上に任意の波長板を配置し、当該波長板を回転させることにより、複数の前記レーザ光の偏向方向を回転させて前記被加工物に照射することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
複数の前記レーザ光は、異なるレーザ発振器から出力されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
複数の前記レーザ光は、レーザ発振器から出力された基本波と、当該基本波から生じた高調波であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
複数の前記レーザ光は、レーザ発振器の基本波から生じた高調波であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記基本波は、固体レーザであることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記固体レーザは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザ、及びＹＬＦレーザのいずれかであることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
波長が異なる複数のレーザ光を出力する出力手段と、複数の前記レーザ光を被加工物に照射する光学手段とを備えるレーザ加工装置であって、
前記光学手段として、複数の前記レーザ光の同一光軸上において回転する任意の波長板を有することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項８】
前記出力手段として、波長が異なるレーザ光を出力する複数のレーザ発振器を有することを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
前記出力手段として、基本波としてのレーザ光を出力するレーザ発振器と、当該レーザ発振器の出力側の光軸上に配置され、前記基本波に対する高調波を発生させる高調波発生手段とを備えることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記基本波及び前記高調波のうち、複数の前記レーザ光として、前記高調波のみを加工に用いることを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】
前記基本波は、固体レーザであることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のレーザ加工装置。
【請求項１２】
前記固体レーザは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザ、及びＹＬＦレーザのいずれかであることを特徴とする請求項１１に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長が異なる複数のレーザ光を用いて被加工物の孔加工を行うレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、波長が異なる複数のレーザ光を用いて、被加工物を孔加工するレーザ加工方法がある。その一例が特許文献1に開示されている。
【０００３】
このレーザ加工方法は、例えばＣｕ等の金属とエポキシ樹脂等の非金属とを交互に積層してなる積層基板に対して、金属の加工に適した波長４００〜６００ｎｍのレーザ光と、非金属の加工に適した波長４００ｎｍ以下のレーザ光とを同時に照射する。このように、波長が異なるレーザ光を照射することにより、効率良くビアホール等の孔を形成することができる。
【特許文献１】特開２００２−２２４８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のレーザ加工方法の場合、複数のレーザ光の偏向方向は直線偏向である。従って、加工部位の特に裏面側はレーザ光の偏向方向の影響を受けるため、例えば真円状の孔を形成しようとしても、形成されるビアホールの裏面側は孔形状がいびつとなる。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑み、波長の異なる複数のレーザ光を用いて、高品質な孔を形成できるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する為に請求項１に記載のレーザ加工方法は、波長が異なる複数のレーザ光を被加工物に照射して孔加工を行うものである。そして、複数のレーザ光の同一光軸上に任意の波長板を配置し、当該波長板を回転させることにより、複数のレーザ光の偏向方向を回転させて被加工物に照射することを特徴とする。
【０００７】
このように、本発明のレーザ加工方法によると、複数のレーザ光の同一光軸上に、任意の波長板を配置しつつ回転させることにより、波長の異なる全てのレーザ光の偏向方向を回転させることができる。従って、孔加工に対する偏向の方向性を無くすことができるので、例えば加工の裏面側においても真円度の高い円孔のような高品質な孔を形成することができる。
【０００８】
また、１枚の波長板で全てのレーザ光の偏向方向を回転させることができるので、装置構成を簡素化することができる。
【０００９】
孔加工に用いられる複数のレーザ光は、請求項２に記載のように、異なるレーザ発振器から出力されても良いし、請求項３に記載のように、同一のレーザ発振器から出力された基本波と、当該基本波から生じた高調波であっても良い。また、請求項４に記載のように基本波から生じた高調波のみを孔加工に用いても良い。すなわち、複数のレーザ光は、異なる波長を有するレーザ光の組み合わせであれば良い。
【００１０】
尚、請求項３又は請求項４に記載の基本波としては、例えば請求項５に記載のように、固体レーザ（固体レーザ媒質を用いてレーザ発信器から出力されたレーザ光）を用いることができ、その具体例としては、請求項６に記載のように、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザ、及びＹＬＦレーザのいずれかを用いることができる。従って、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ等を基本波とし、その第２高調波（ＳＨＧ）や第３高調波（ＴＨＧ）等を、被加工物に応じて適宜選択し、孔加工に用いることができる。
【００１１】
次に、請求項７に記載のレーザ加工装置は、波長が異なる複数のレーザ光を出力する出力手段と、複数のレーザ光を被加工物に照射する光学手段とを備えている。そして、光学手段として、複数のレーザ光の同一光軸上において回転する任意の波長板を有することを特徴とする。
【００１２】
このように、複数のレーザ光により孔加工する場合であっても、光学手段として、例えば光軸を中心として回転する波長板を有するので、全てのレーザ光の偏向方向を回転させることができる。従って、孔加工に対するレーザ光の偏向の方向性を無くすことができるので、例えば加工の裏面側においても真円度の高い孔のような高品質な孔を形成することができる。
【００１３】
また、１枚の波長板で全てのレーザ光の偏向方向を回転させることができるので、装置構成が簡素化される。
【００１４】
その際、出力手段として、請求項８に記載のように、波長が異なるレーザ光を出力する複数のレーザ発振器を有しても良いし、請求項９に記載のように、基本波としてのレーザ光を出力するレーザ発振器と、当該レーザ発振器の出力側の光軸上に配置され、基本波に対する高調波を発生させる高調波発生手段とを備えても良い。また、高調波発生手段を備える場合には、請求項１０に記載のように、複数のレーザ光として、高調波のみを加工に用いても良い。
【００１５】
尚、請求項９又は請求項１０に記載の基本波としては、請求項１１に記載のように、固体レーザを用いることができ、具体的には、請求項１２に記載のように、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザ、及びＹＬＦレーザのいずれかを用いることができる。従って、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ等を基本波とし、その第２高調波（ＳＨＧ）や第３高調波（ＴＨＧ）等を、被加工物に応じて適宜選択し、孔加工に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。尚、本発明は、波長が異なる複数のレーザ光を用いて被加工物を孔加工するレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関するものである。ここで、孔加工とは、貫通孔であっても良いし、非貫通孔であっても良い。また、孔加工による被加工物の切断等も含む。
（第１の実施の形態）
図１は、第1の実施形態におけるレーザ加工装置の構成を示す概略図である。尚、本実施の形態においては、被加工物を孔加工する複数のレーザ光として、ＹＡＧ基本波（波長１０６４ｎｍ）とその高調波であるＳＨＧ（波長５３２ｎｍ）を用いる例を示す。
【００１７】
図１に示すように、レーザ加工装置１０は、レーザ光を出力する出力手段２０と、出力されたレーザ光が導入される光学手段３０とにより構成され、当該光学手段３０を介して複数のレーザ光が被加工物４０に照射される。
【００１８】
出力手段２０は、レーザ光を発振するレーザ発振器２１と、当該レーザ発振器２１の出力側の光軸上に配置される高調波発生手段２２とにより構成される。
【００１９】
レーザ発振器２１は、その内部に図示しない適量のＮｄが添加されたＹＡＧの棒状結晶体であるレーザロッド（固体レーザ媒質）、これの励起用光源（例えばＬＤ）、及びミラー等を備えている。そして、ＬＤで励起されたレーザロッドは、波長１０６４ｎｍのレーザ光である基本波５０を発振する。
【００２０】
レーザ発振器２１から出力された基本波５０は、高調波発生手段２２に導かれ、非線形光学結晶である例えばＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）により、その一部が第２高調波であるＳＨＧ５１（波長５３２ｎｍ）に変換される。従って、本実施形態においては、基本波５０及びＳＨＧ５１が高調波発生手段２２から出力される。尚、本実施形態において、高調波発生手段２２は第２高調波であるＳＨＧ５１のみを発生する構成を示したが、第３高調波であるＴＨＧ（波長３５５ｎｍ）や、第４高調波であるＦＨＧ（波長２６６ｎｍ）等を発生する構成であっても良い。
【００２１】
次に、高調波発生手段２２から出力された基本波５０及びＳＨＧ５１は、光学手段３０に導入される。
【００２２】
ここで、光学手段３０は、基本波５０及びＳＨＧ５１の同一光軸上に配置される任意の波長板３１と、当該波長板３１を例えば基本波５０及びＳＨＧ５１の光軸を中心として回転させる回転装置３２と、波長板３１を通過した基本波５０及びＳＨＧ５１を集光して被加工物４０に照射する集光レンズ３３とにより構成される。
【００２３】
尚、被加工物４０は、特に限定されるものではなく、例えば樹脂、セラミック、金属等の単独或いは複合材料からなり、本実施形態においては銅からなるものとする。銅のような金属材料の場合、一般的に基本波５０（１０６４ｎｍ）の反射率は高く、それよりレーザ光の波長が短くなると反射率が低下し、吸収率が高くなる。従って、本実施形態においては、被加工物４０の吸収率が高いＳＨＧ５１を被加工物４０に照射して加工部位の温度を上昇させ、その状態で基本波５０を照射（従って、ＳＨＧ５１と同時か若干遅れて）させることが好ましい。このように、ＳＨＧ５１の照射により被加工物４０の温度が上昇すると、基本波５０に対する吸収率が向上されるので、加工に作用する実質的なレーザ光の出力が向上し、孔加工の効率を向上させることができる。尚、ＳＨＧ５１は被加工物４０の温度を向上させるだけでなく、基本波５０ともに孔加工を行うことは言うまでもない。
【００２４】
波長板３１は特に限定されるものではないが、本実施形態においては基本波５０に対する１／４波長板を用いるものとする。ここで、波長板３１を回転させない場合、基本波５０は当該波長板３１により直線偏向から円偏向に変換され、ＳＨＧ５１は直線偏向から楕円偏向に変換される。従って、基本波５０は円偏向に変換されているものの、ＳＨＧ５１が楕円偏向であるので、例えば真円の孔を形成しようとしても、楕円偏向の影響で特に孔の裏面側の真円度が低くなる。
【００２５】
また、基本波５０及びＳＨＧ５１の両レーザ光を円偏向に変換しても良いが、その場合、一方のレーザ光（例えば基本波５０）のみを透過し、他方（例えばＳＨＧ５１）を反射する図示されないダイクロックミラーにより基本波５０及びＳＨＧ５１を分岐する。そして、夫々のレーザ光５０，５１に対する１／４波長板３１を配置し、基本波５０及びＳＨＧ５１を直線偏向から円偏向に変換し、その後反射ミラー及びダイクロックミラー等により、再度基本波５０及びＳＨＧ５１が同一光軸となるように調整して被加工物４０に照射する必要がある。従って、波長板３１がレーザ光の数だけ必要となり、レーザ光の光路も複雑となる。
【００２６】
しかしながら、本実施形態においては、図２に示すように、波長板３１を回転させるので、当該波長板３１を通過するレーザ光の偏向方向が回転される。従って、本実施形態におけるレーザ加工装置１０は、光学手段３０として１枚の波長板３１のみを有する構成でありながらも、複数のレーザ光５０，５１の偏向の方向性を無くすことができる。すなわち、当該光学手段３０を介して複数のレーザ光５０，５１を被加工物４０に照射することにより、裏面側においても真円度の高い円孔のような高品質の孔を形成することができる。尚、図２は図１における波長板３１の拡大図である。
【００２７】
また、本実施形態においては、光学手段３０として波長板３１を１枚配置するだけでよく、レーザ光５０，５１を分岐する必要が無いので、装置の構成を簡素化することができる。
【００２８】
尚、本実施形態において、Ｎｄ：ＹＡＧをレーザロッドとする波長１０６４ｎｍの固体レーザを基本波５０とする例を示した。しかしながら、基本波５０は本例に限定されるものではない。例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ、Ｙｂ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＶＯ4レーザ等の固体レーザや、ＣＯ2レーザ、及びエキシマレーザ等を用いても良い。
【００２９】
また、本実施形態において、高調波発生手段２２としてＬＢＯを用いる例を示した。しかしながら、ＬＢＯに限定されるものではなく、それ以外にも、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4）、ＢＢＯ（ＢａＢ2Ｏ4）、ＢＩＢＯ（ＢｉＢ3Ｏ6）等の非線形光学結晶を用いることができる。
【００３０】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図３に基づいて説明する。図３は、本実施の形態におけるレーザ加工装置１０の構成を示す概略図であり、第１の実施形態の図１に対応している。
【００３１】
第２の実施の形態におけるレーザ加工装置１０は、第１の実施の形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
【００３２】
第２の実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、複数のレーザ光が異なるレーザ発振器から発振される点である。
【００３３】
図３に示すように、本実施形態におけるレーザ加工装置１０は、レーザ光を出力する出力手段２０として、第１のレーザ発振器２１ａと第２のレーザ発振器２１ｂを有している。本実施形態においては、第１のレーザ発振器２１ａから第1の実施形態同様、波長１０６４ｎｍの基本波５０（Ｎｄ：ＹＡＧレーザ）が発振され、第２のレーザ発振器２１ｂから波長８０８ｎｍのＬＤ（レーザダイオード）光５２が発振されるものとする。また、出力手段２０は、基本波５０を透過し、ＬＤ光５２を反射するダイクロックミラー２３を備えている。
【００３４】
従って、ダイクロックミラー２３により、基本波５０及びＬＤ光５２は光軸が同一となる。また、第1の実施形態同様、基本波５０及びＬＤ光５２の同一光軸上には、光学手段３０としての任意の波長板３１（例えば基本波５０の１／４波長板）が配置されており、当該波長板３１を回転装置３２により回転させることにより、基本波５０及びＬＤ光５２の偏向方向を回転させることができる。
【００３５】
このように、複数のレーザ光５０，５２が異なるレーザ発振器２１ａ，２１ｂから出力される構成であっても、光学手段３０として１枚の波長板３１を配置しつつ回転させることにより、裏面側においても真円度の高い円孔のような高品質の孔を形成することができる。
【００３６】
また、本実施形態においても、波長板３１を１枚配置するだけでよいので、装置構成を簡素化することができる。
【００３７】
尚、本実施形態においても、被加工物４０が銅からなる場合には、基本波５０と同時か或いは若干早く波長が短いＬＤ光５２を照射すると、被加工物４０の基本波５０の吸収率が向上されるので、孔加工の効率を向上することができる。
【００３８】
尚、本実施形態において、レーザ発振器が第１のレーザ発振器２１ａと第２のレーザ発振器２１ｂの２つからなる例を示した。しかしながら、レーザ発振器は２つに限定されるものではなく、３つ以上を備える構成であっても良い。
【００３９】
また、複数のレーザ光として、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波５０と、ＬＤ光５２の組み合わせの例を示した。しかしながら、レーザ光としては本例に限定されるものではない。レーザ発振器から発振されたレーザ光、或いはその高調波であれば被加工物４０の材料に応じて適宜選択して用いることができる。例えば、Ｎｄ：ＶＯ4レーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ等の固体レーザや、ＣＯ2レーザ、及びエキシマレーザ等を用いても良い。
【００４０】
以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、種々変更して実施する事ができる。
【００４１】
本実施形態において、波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザを基本波５０とし、当該基本波５０とその第２高調波であるＳＨＧ５１とを用いて被加工物４０を孔加工する例を示した。しかしながら、基本波５０から生じる高調波のみを被加工物４０の加工に用いても良い。例えば、図４に示すように、高調波発生手段２２からレーザ光として、波長１０６４ｎｍの基本波５０、第２高調波であるＳＨＧ５１、及び第３高調波であるＴＨＧ５３が出力される。そして、ダイクロックミラー２４により、ＳＨＧ５１及びＴＨＧ５３のみが透過され、基本波５０が反射される。このような構成とすることで、第２及び第３高調波５１，５３のみを回転する波長板３１を通して被加工物４０に照射することができる。この場合、基本波５０よりも波長の短いＳＨＧ５１及びＴＨＧ５３を用いて孔加工を行うので、より小径の孔を形成することができる。
【００４２】
また、本実施形態において、例えば波長が短いＳＨＧ５１を照射することにより、被加工物４０の温度を上昇させて基本波５０に対する被加工物４０の吸収率を上げ、加工効率を向上させる例を示した。しかしながら、複数のレーザ光の効果は上記例に限定されるものではない。例えば、被加工物４０が複数の材料を積層してなる場合、夫々の材料に対して吸収率の高いレーザ光を組み合わせることにより加工効率を向上させることもできる。また、上述したように、ＳＨＧ５１及びＴＨＧ５３を孔加工に用いる場合、ＴＨＧ５３を照射することにより小径の孔を形成するとともに、孔形成時に発生する孔周囲のドロス（堆積物）をＳＨＧ５１により除去することも可能である。このように、通常ＴＨＧ５３のみで小径の孔加工するところを、ＴＨＧ５３を発生する過程で生じるＳＨＧ５１を利用することで、孔加工に用いるレーザ光の実質的な出力を増加させて加工効率を向上させることができる。また、孔の周囲をきれいにして高品質の孔を形成することもできる。
【００４３】
尚、被加工物４０を孔加工する複数のレーザ光は本例に限定されるものではない。被加工物４０を構成する材料に応じて、適宜選択して用いることができるのは言うまでもない。
【００４４】
また、本実施形態において、光学手段３０として集光レンズ３３を有する例を示したが、集光レンズ３３を有さない構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるレーザ加工装置の概略構成図である。
【図２】波長板の拡大図である。
【図３】第２の実施形態におけるレーザ加工装置の概略構成図である。
【図４】レーザ加工装置の変形例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０・・・レーザ加工装置
２０・・・出力手段
２１，２１ａ，２１ｂ・・・レーザ発振器
２２・・・高調波発生手段
３０・・・光学手段
３１・・・波長板
４０・・・被加工物
５０・・・基本波（ＹＡＧ）
５１・・・ＳＨＧ
【図１】
2005088035.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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